Formas prácticas de obtener gráficos de Bode para un circuito desconocido

Por lo que ha dicho, su mejor apuesta podría ser una medición de transmisión en el dominio del tiempo (TDT).

Esto es similar a la medida bien conocida de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR), pero se mide la característica de transmisión del dispositivo bajo prueba (DUT) en lugar de la característica de reflexión.

El sistema DAQ que vinculó en los comentarios tiene un muestreo de 50,000 muestras por segundo, pero como su banda de frecuencia de interés es de 0 a 1 kHz, esto es adecuado para probar su dispositivo. Puede utilizar un canal de salida digital (posiblemente atenuado) para generar el estímulo. La precisión de la medición puede depender de cuán consistente sea el reloj de muestreo del DAQ.

Esencialmente, aplica una función de entrada por pasos al DUT y mide la salida con un osciloscopio. También mida la señal de entrada con el mismo muestreador. Luego haga una transformación de Fourier en las señales de entrada y salida y divida una por la otra para obtener la respuesta de frecuencia. Usted querrá estudiar y experimentar un poco para elegir una buena función de ventana al hacer las transformaciones.

Esta técnica tiende a ser menos precisa en las frecuencias altas porque el espectro de la función escalonada cae como \ $ 1 / f \ $.

Puede usar su equipo DAQ para inyectar alguna señal de entrada y luego capturar la señal de salida, recopilar todos los datos en una tabla / matriz.

El capítulo correcto del procesamiento de señales sería la identificación / estimación del sistema. Varios métodos, los mínimos cuadrados recursivos son ampliamente utilizados. Necesitaría inyectar una señal que no se pueda repetir con el tiempo, porque cualquier algoritmo debe distinguir qué parte de la señal de excitación causó qué parte de la respuesta de salida. Por lo tanto, la señal de excitación producirá un resultado de un impulso si está autocorrelacionada, esto también significa que la correlación entre la señal de entrada y salida daría un pico exacto (bloqueo).

Dicha señal se denomina PRBS (secuencia binaria pseudoaleatoria). Puede inyectar esta, luego usar la herramienta de identificación del sistema disponible calculando (y correlacionando) los coeficientes del sistema.

¿Puede su generador de funciones ser controlado por una computadora? P.ej. GPIB

¿Puede su osciloscopio hablar con una computadora?

Si es así, probablemente pueda automatizar el flujo de trabajo existente.

Bueno, tuve un problema similar: cómo hacer un trazador de Bode útil para el análisis de bucle cerrado sin gastar grandes cantidades de dinero. He reunido un sistema básico que cubre 10Hz a 50Khz, que cubre mis necesidades simples, hace barridos de frecuencia y grafica la ganancia y la fase en un CRT.

Utiliza dos equipos de presupuesto bastante obsoletos pero aún útiles, y una interfaz simple entre los dos. El primer elemento es un medidor de fase de ganancia HP 3575A que debería poder obtener por un par de cientos de dólares. Este tiene dos canales idénticos que funcionan de 1Hz a 13Mhz con aproximadamente +/- 50dbdb de rango dinámico (rango dinámico de 200uV a 20V rms en cada canal), y puede medir la fase de forma continua en un poco más de 360 grados. Tiene lectura digital en el panel frontal con resolución de 0.1db y 0.1 grados y las salidas de CC están disponibles externamente en la parte posterior. Esa es mi medida "front-end".

La otra pieza de equipo de la misma época es un analizador de espectro HP modelo 3580A que funciona de cero a 50 KHz y tiene una salida de generador de seguimiento. Puedes tener uno de estos por quizás quinientos dólares si tienes suerte. Esto tiene una memoria digital, por lo que puede almacenar una forma de onda mientras mide otra para una comparación directa. También es capaz de manejar un antiguo trazador de lápiz tipo servo, aunque no uso esa función.

De todos modos, la salida del generador de seguimiento (2v rms) será la fuente de frecuencia barrida para cualquier cosa que esté probando. Ahora el problema es que el medidor de ganancia / fase emite un voltaje de CC, y el analizador de espectro espera ver una señal de CA de la frecuencia exacta que está barriendo.

Eso se puede superar usando un multiplicador analógico. Una entrada multiplicadora se maneja desde el generador de seguimiento. La otra entrada del multiplicador con el voltaje de CC del medidor de ganancia / fase después de un poco de escalado. La salida del multiplicador entra en la entrada del analizador de espectro.

Los valores de CC del medidor de ganancia / fase controlan la amplitud de rf que sale del multiplicador y, por lo tanto, la amplitud que se muestra en el analizador de espectro a medida que se desplaza en frecuencia.

Cuando se configura para una escala vertical lineal (no db), el analizador de espectro graficará la ganancia en función de la frecuencia (en db), o la fase en función de la frecuencia como una desviación vertical por encima de la línea de base. La conversión de db a voltaje se realiza en el medidor de ganancia / fase, el analizador de espectro se ejecuta en modo lineal directo.

La frecuencia debe ser barrida dos veces con una traza almacenada en la memoria. Luego presionas de nuevo el barrido simple, y obtienes la otra señal en la pantalla y luego puedes ver la ganancia y la fase juntas.

La única limitación real es que la escala de frecuencia es lineal y no logarítmica, pero si solo está realmente interesado en una década en particular, es algo a lo que pronto podrá acostumbrarse. Haga primero un barrido de banda muy amplia, luego haga otro barrido sobre la parte de mayor interés para expandirlo.

Para obtener una resolución más alta de las lecturas de la fase, la frecuencia y los márgenes de ganancia, el HP3580A permite la sintonización de frecuencia manual, por lo que solo debe sintonizar la ganancia de 0db, y leer la fase directamente desde el medidor de fase a una resolución de 0,1 grados. Luego puede sintonizar manualmente la fase de -180 grados, y leer el margen de ganancia de la pantalla digital con una resolución de 0.1 db, la lectura de frecuencia digital tiene una resolución de 1 Hz.

La traza en el CRT es pequeña, pero proporciona una buena indicación de la forma general, con los 10db habituales por división y 45 grados por división verticalmente. Y las lecturas digitales brindan toda la resolución que pueda desear en cualquier punto específico de interés en las curvas.

Es un sistema de presupuesto real, y un poco de Mickey Mouse, pero es una herramienta muy útil que me permite hacer cosas que nunca podría haber hecho antes. Y fue bastante sencillo ponerlo todo junto.

Los dos canales de entrada en el medidor de ganancia / fase 3575A permiten mediciones de bucle cerrado de las fuentes de alimentación de conmutación, y un transformador de corriente de baja frecuencia 1000: 1 crea un transformador de inyección de bajo costo desde el generador de seguimiento.

Probé varios transformadores de corriente diferentes antes de encontrar uno que pareciera realmente plano con solo la mitad del porcentaje de caída a 50 KHz.

Lo que estás buscando se llama Identificación del sistema. Esto se puede hacer de muchas maneras, pero la idea sigue siendo la misma: aplicar una entrada, medir la respuesta, trabajar los datos / matemáticas para obtener la función de transferencia / diagrama de nodo. (Versión simple: tome una transformación de Fourier de la entrada y la salida y divídala para obtener la función de transferencia)

Por lo general, el problema es qué señales se 'permiten' sin dañar la 'caja negra' (la planta). Por lo tanto, las mediciones se pueden realizar en lazo abierto o en lazo cerrado, y se puede jugar con la señal de entrada.

El más utilizado en los sistemas de control es la aplicación de ruido blanco (porque contiene todas las frecuencias y es mucho más fácil de generar que un impulso o paso perfecto)

Otras posibilidades son, por ejemplo, señales de múltiples líneas, por lo que puede tener más control sobre qué tipo de señales aplica a la planta.

Intente leer sobre la identificación del sistema o juegue con la caja de herramientas de identificación del sistema de Matlab.

Si bien todas las respuestas anteriores son correctas, falta el método que siempre estoy usando: (Vector) Network Analyzer.

Básicamente lleva a cabo lo que usted describe como "tedioso" pero utilizando automáticamente ondas EM: un oscilador de barrido genera ondas enviadas a través del DUT. Luego mide la potencia reflejada y la potencia transmitida a través del DUT. Te da los S-parámetros. S21 corresponde a la función de transferencia de corriente alterna.

En un VNA típico, puede configurar las frecuencias de inicio y parada, la escala del eje (log vs lin), promediando y suavizando los niveles de baja potencia, la parte real e imaginaria, así como la magnitud y la fase.

PS: Acabo de ver que John ya incluyó a Network Analyzer como un comentario. No vi eso antes.

La forma más rápida, práctica y robusta que conozco es mediante el uso de la Mejor Aproximación Lineal (BLA). Es un método que funciona con circuitos lineales y no lineales . La única suposición sobre el sistema es:

• El DUT es "período en el mismo período". Por lo tanto, una señal de salida con la mitad de la frecuencia no funcionará.

Funciona de la siguiente manera:

1. Creas una configuración con los filtros anti-alias adecuados. Preferiblemente muestrea ambas entradas \ $ u (n) \ $ y salidas \ $ y (n) \ $ .
2. Construyes múltiples ( \ $ m \ $ ) multisine de fase aleatoria . Sugiero usar un IFFT.
3. Usted aplica la excitación aleatoria al sistema.

4. Puede calcular los gráficos de bode para esta realización utilizando las transformadas de Fourier de la entrada y salida medidas.

   $$ \ hat H_i (j \ omega) = \ frac {\ frac {1} {n} \ sum_k Y_ {ki, meas} (j \ omega)} { \ frac {1} {n} \ sum_k U_ {ki, meas} (j \ omega)} $$

   

   (Tambiénpuedecalcularelruidodemediciónenestepunto).

5. Repitaelmismoexperimentoparalasotrasexcitaciones.Estepasosoloesnecesariositieneuncircuitonolinealosideseaverificarenquémedidaelcomportamientonolinealinfluyeenelsistema.Delocontrario,puedeobtenertodoloquedeseaconunaexcitación( \ $ m = 1 \ $ ).

6. Luego puedes calcular la mejor aproximación lineal:

   $$ \ hat H_ {BLA} (j \ omega) = \ frac {1} {m} \ sum_ {i = 1} ^ m \ hat H_i (j \ omega) $$

El comportamiento no lineal aparecerá como "ruido" en los espectros medidos. La única diferencia es que es consistente, a diferencia del ruido real. Es por esto que se necesitan múltiples excitaciones para aleatorizar eso también. Al promediarlos, obtendrá la gráfica de bode de un sistema lineal , que describirá mejor la imagen completa.

Tenga en cuenta que cambiar la potencia de entrada también cambiará el BLA, una propiedad de los sistemas no lineales. Siempre es mejor elegir una excitación que sea similar a la aplicación de la vida real.